삼성 ‘자발광 QLED’ 상용화 가능성 입증했다

네이처지에 논문 게재

자발광 무기물 소자 연구 성공
유기물인 QD-OLED와 달라
발광효율 늘리는 성과도 달성

앞으로 백라이트 필요 없어져
더 얇은 TV 구현 가능성 열려

삼성전자가 업계 최초로 ‘자발광 퀀텀닷발광다이오드(QLED)’ 디스플레이 상용화 가능성을 입증해냈다.

백라이트로 빛을 내는 LED 방식을 깨고, 스스로 빛을 내는 무기물 소자 연구에 성공하면서 유기물 자발광을 뛰어넘는 성능까지 확보했다는 평가다. 삼성전자는 이번 연구를 토대로 차세대 디스플레이 개발에 더욱 박차를 가하는 등 차후 자발광 QLED 상용화를 검토할 방침이다. 자발광 QLED는 무기물 자발광 소자로, 최근 삼성이 대규모 투자를 발표한 자발광 유기물인 퀀텀닷 유기발광다이오드(QD-OLED)와는 다른 개념이다. 자발광 소자에 비해 무기물 특성상 수명이 길다는 장점이 있다.

삼성전자는 자발광 QLED 소자의 발광 효율과 사용시간을 크게 향상시켜 자발광 QLED 디스플레이 상용화 가능성을 입증한 최신 연구결과를 세계적인 학술지 ‘네이처(Nature)’에 27일(현지시간) 게재했다고 밝혔다. 해당 연구는 퀀텀닷 소재 구조를 개선해 자발광 QLED 소자의 발광 효율 21.4%를 달성하고, 소자 구동 시간을 업계 최고 수준인 100만 시간(휘도 100니트(nit) 반감수명 기준)으로 구현해냈다. 빛 손실 개선을 위해 퀀텀닷 입자의 발광 부분인 코어(Core)의 표면 산화를 억제하고, 코어 주위를 둘러싼 셸(Shell)을 결함 없이 대칭 구조로 균일하게 키우면서도 동시에 두께를 증가시켜 에너지 손실을 최소화했다.

교신저자인 장은주 삼성전자 종합기술원 펠로는 “삼성의 독자적인 핵심 소재 기술로 차세대 디스플레이 상용화 가능성을 보여줬다”며 “앞으로 새로운 구조의 퀀텀닷을 활용한 친환경 디스플레이의 개발 범위가 확대되기를 기대한다”고 말했다. 특히 셸 표면에 있는 리간드(Ligand)를 더 짧게 만들어 전류 주입 속도를 개선함으로써 QLED 소자의 발광 효율을 높이고, 수명을 늘리는 연구 성과도 달성했다.

업계에서는 이번 연구가 발광 효율과 사용 시간을 크게 높여 유기물이 스스로 빛을 내는 방식에 이은 진일보한 연구결과를 내놓았다는 평가가 나온다. 특히 백라이트가 필요 없게 되면 더욱 얇고 다양한 형태의 QLED TV를 구현해 낼 수 있어 차세대 디스플레이 및 TV시장에서 한 단계 도약할 수 있을 것으로 기대된다.

제 1저자인 원유호 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “이번 연구는 퀀텀닷 소재가 만들어지는 메커니즘을 이해해 셸 두께에 상관없이 고효율의 퀀텀닷을 만드는 방법을 개발했다는 데 의미가 있다”고 강조했다.

이은지 기자 eun@munhwa.com